JPS63188932A - Method for vapor growth of gallium nitride compound semiconductor - Google Patents
Method for vapor growth of gallium nitride compound semiconductorInfo
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Abstract
Description
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を改善し
た気相成長方法に関する。The present invention relates to a vapor phase growth method that improves the crystallinity of gallium nitride-based compound semiconductors.
従来、有機金属化合物気相成長法（以下「Ｍ。
ＶＰＥＪと記す）を用いて、窒化ガリウム系化合物半導
体（Ａｊ！ＸＧａ＋−ｘ Ｎ ；Ｘ＝Ｏを含む）薄膜を
サファイア基板上に気相成長させることが研究されてい
る。
この方法は、第５図に示すような気相成長装置を用いて
実施される。その気相成長装置において、石英反応管７
にはマニホールド６が接続されており、そのマニホール
ド６には、ＮＨ，の供給系統ＡとＨ！、Ｎ２の供給系統
Ｂと、有機金属化合物ガスのトリメチルガリウム（以下
ｒＴＭＧＪと記す）の供給系統Ｃと、有機金属化合物ガ
スのトリメチルアルミニウム（以下ｒＴＭＡＪと記す）
の供給系統りと、ドーピング元素を含む反応ガス（以下
単に「ドーパントガス」という）であるジエチル亜鉛（
以下ｒＤＥＺＪと記す）の供給系統Ｅとが接続されてい
る。また、石英反応管７の中には、高周波加熱用グラフ
ァイトサセプタ９が配設されており、そのサセプタ９上
にはサファイア基板１０が載置されており、そのサファ
イア基板１０は、高周波コイル８により９５０℃〜１０
５０℃に加熱される。各反応ガス及びキャリアガスは各
供給系統からマニホールド６で混合され、その混合ガス
が石英反応管７に導かれサファイア基板１０に吹き付け
られることによりサファイア基板１０上にＡ１１１Ｇａ
ｌ−ＸＮの薄膜が成長する。
そして、各有機金属化合物ガスの混合比を変化させるこ
とにより、組成比を変化させたり、亜鉛をドープして！
型のＡｌ１×Ｇａ１−ｘＮの薄膜を形成することができ
る。Conventionally, a thin film of a gallium nitride-based compound semiconductor (Aj! This method is carried out using a vapor phase growth apparatus as shown in Fig. 5.In this vapor phase growth apparatus, a quartz reaction tube 7
A manifold 6 is connected to the manifold 6, and the supply systems A and H! of NH, are connected to the manifold 6. , N2 supply system B, organometallic compound gas trimethylgallium (hereinafter referred to as rTMGJ) supply system C, and organometallic compound gas trimethylaluminum (hereinafter referred to as rTMAJ).
diethylzinc (hereinafter simply referred to as "dopant gas"), which is a reactive gas containing a doping element (hereinafter simply referred to as "dopant gas").
A supply system E (hereinafter referred to as rDEZJ) is connected. Furthermore, a graphite susceptor 9 for high-frequency heating is disposed inside the quartz reaction tube 7 , and a sapphire substrate 10 is placed on the susceptor 9 . 950℃～10
Heated to 50°C. Reaction gases and carrier gases are mixed in a manifold 6 from each supply system, and the mixed gas is led to a quartz reaction tube 7 and sprayed onto the sapphire substrate 10 to form A111Ga on the sapphire substrate 10.
A thin film of l-XN is grown. Then, by changing the mixing ratio of each organometallic compound gas, you can change the composition ratio or dope it with zinc!
A thin film of type Al1xGa1-xN can be formed.
このように従来の装置では、９５０℃〜１０５０℃の高
温に加熱して結晶成長させるため、結晶性が良くなかっ
たり、ＴＭＧ、ＴＭＡ等の有機金属化合物ガスが分解し
てカーボン状のすすが発生し、これが結晶中に取り込ま
れる等の問題があった。
本発明は、上記の問題点を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、低温での結晶成長を
可能とすることにより結晶性の高いＡＪ×Ｇａ１−ｘＮ
の薄膜を得ることである。In this way, conventional equipment grows crystals by heating to high temperatures of 950°C to 1050°C, which may result in poor crystallinity or the decomposition of organometallic compound gases such as TMG and TMA, producing carbon-like soot. However, there were problems such as this being incorporated into the crystal. The present invention was made to solve the above problems, and its purpose is to achieve high crystallinity of AJ×Ga1-xN by enabling crystal growth at low temperatures.
The objective is to obtain a thin film of
上記問題点を解決するための発明の構成は、有機金属化
合物ガスを用いてサファイア基板上に窒化ガリウム系化
合物半導体薄膜（Ａｊ２ｇＧａ、−ｘＮ ； Ｘ＝Ｏを
含む）を気相成長させる方法において、サファイア基板
を加熱し、紫外線又はレーザ光線をサファイア基板に照
射し、反応ガスをサファイア基板に導いてそのサファイ
ア基板に窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を成長させる
ようにしたことである。The structure of the invention for solving the above problems is a method of vapor phase growing a gallium nitride-based compound semiconductor thin film (Aj2gGa, -xN; including X=O) on a sapphire substrate using an organometallic compound gas, The method involves heating a sapphire substrate, irradiating the sapphire substrate with ultraviolet rays or laser beams, and guiding a reactive gas to the sapphire substrate to grow a gallium nitride compound semiconductor thin film on the sapphire substrate.
サファイア基板には紫外線又はレーザ光線が照射されて
いるので、反応ガスの分解、反応が促進する。したがっ
て、サファイア基板の温度を７００〜８００℃の低温に
しても結晶成長が可能となり、結晶性の高い窒化ガリウ
ム系化合物半導体薄膜を形成することができた。Since the sapphire substrate is irradiated with ultraviolet rays or laser beams, the decomposition and reaction of the reactive gas is promoted. Therefore, crystal growth was possible even when the temperature of the sapphire substrate was set at a low temperature of 700 to 800° C., and a highly crystalline gallium nitride compound semiconductor thin film could be formed.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。第
１図は本発明の具体的な一実施例に係る気相成長装置の
構成を示した断面図である。円形の石英反応管２１で囲
われた反応室２０では、サセプタ２２が操作棒２３に支
持されており、そのサセプタ２２は操作棒２３によって
位置の調整が行われる。また、サセプタ２２の主面には
サファイア基板２４が配設されている。尚、８は高周波
コイルであり、サファイア基板２４を加熱するためのも
のである。また、４３は出力０．１〜８Ｋｌ！、波長１
８４．９ｎｍの紫外線を放射する水銀灯であり、放射さ
れた紫外線はサファイア基板２４の主面２４ａに照射さ
れる。
一方、反応室２０のガスの流入側には、第１反応ガス管
２５と第２反応ガス管２６とが配設されている。第１反
応ガス管２５は第２反応ガス管２６と同心状に、第２反
応ガス管２６の内部に配設されている。その第１反応ガ
ス管２５は第１マニホールド２７に接続され、第２反応
ガス管２６は第２７二ホールド２８に接続されている。
そして、第１７二ホールド２７にはＮＨｓの供給系統Ｈ
とキャリアガスの供給系統ＩとＴＭＧの供給系統Ｊ（！
：ＴＭＡの供給系統にとが接続され、第２マニホールド
２８にはキャリアガスの供給系統ＩとＤＥＺの供給系統
りとが接続されている。
また、反応室２０には、断面が半円弧状で筒状をした補
助管４０が配設されている。その補助管４０は第２図に
示すように底部４０ａと４０ｂが石英反応管２１の管壁
２１ａに当接し、管壁２１ａにより支持されている。補
助管４０はサセプタ２２の載置されている反応室２０の
上部を覆っている。そして、側板４１を取り外し、補助
管４０を石英反応管２１の管壁２１ａ上をスライドさせ
て、取り外したり反応室２０に設置したりすることがで
きる。
このような装置構成により、第１反応ガス管２５の開口
部２５ａから、ＮＨ，とＴＭＧとＴＭＡとＨ７との混合
ガスが反応室２０に流出し、第２反応ガス管２６の開口
部２６ａから、ＤＥＺとＨ２との混合ガスが反応室２０
に流出する。
Ｎ型のＡｊ！ｙＧａ＋−ｘＮ薄膜を形成する場合には、
第１反応ガス管２５だけから混合ガスを流出させれば良
く、■型のＡｌ×Ｇａ１−ｘＮ薄膜を形成する場合には
、第１反応ガス管２５と第２反応ガス管２６とからそれ
ぞれの混合ガスを流出させれば良い。■型のＡ １ ｘ
Ｇ ａ １−１１ Ｎ Ｎ膜を形成する場合には、ド
ーパントガスであるＤＥＺは第１反応ガス管２５から流
出する反応ガスとサファイア基板２４の近辺の反応室２
０ａで初めて混合されることになる。そして、ＤＥＺは
サファイア基板２４に吹き付けられ熱分解し、ドーパン
ト元素は成長するＡｌ×Ｇａ１−ｘＮにドープされて、
■型のＡｌ１ｘＧａ−ｘＮが得られる。この場合、第１
反応ガス管２５と第２反応ガス管２６とで分離して、反
応ガスとドーパントガスがサファイア基板２４の付近の
反応室２５ａまで導かれるので、従来装置で生じるガス
の導入管におけるＤＥＺとＴＭＧ又はＴＭＡとの反応が
抑制されるため、良好なドーピングが行われる。
サファイア基板２４に吹き付けられる反応ガスはサファ
イア基板２４に吹き付けられるとき、紫外線を照射され
ているので反応が促進し、７００〜８００℃の低温状態
で良好な結晶成長が得られる。
尚、サセプタ２２の反応ガスの流れる方向Ｘに対する傾
斜角θは、４５度に構成されている。このように傾斜さ
せることにより、サセプタ２２をガス流に対し直角に構
成した場合に比べて良好な結晶が得られた。
又、開口部２５ａ、２６ａとサファイア基板２４との間
隔は、１０〜６０Ｍに制御棒２３により調整されるのが
望ましい。
又、上記の実施例では、第１反応管と第２反応管とを設
はドーパントガスを他の反応ガスと混合することなく、
サファイア基板２４の近辺まで導入しており、■型のＡ
ｌ×Ｇａ１−ｘＮの結晶性が向上するが、この効果を生
じさせなくても良い場合には、従来装置のように予めマ
ニホールドでドーパントガスを他の反応ガスと混合した
上で反応室に導き、傾斜したサファイア基板２４の主面
２４ａに吹き付けてもよい。
このような装置で、良質のＡｌ×Ｇａ１−ｘＮ薄膜を気
相成長させることができる。補助管４０にすすが付着し
た場合には、側板４１を取り外して中の補助管４０を取
り出し、他の洗浄された補助管と交換すれば、直ちに次
の結晶成長を行うことができる。
この気相成長装置で得られたＡ１χＧａｐ−ｘＮは、顕
微鏡写真、Ｘ線のロッキングカーブ、フォトルミネッセ
ンス測定により、従来の気相成長装置で成長したものに
比べ、良質な結晶性を示すことが確認された。
次に本装置を用いて、第３図に示す構成の発光ダイオー
ドを作成する方法について説明する。
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した（０００１）
面を主面とする単結晶のサファイア基板２４をサセプタ
２２に装着する。次に、反応室２０内の圧力を５Ｔｏｒ
ｒに減圧し、水銀灯４３を２００ Ｗで駆動した。その
後、Ｈ２を０．３１７分で、第１反応ガス管２５及び第
２反応ガス管２６から反応室２０に流しながら温度１１
００℃でサファイア基板２４を気相エツチングした。次
に温度を９００℃まで低下させて、第１反応ガス管２５
からＨ３を３１／分、ＮＨ３を２１／分、ＴＭＡを７Ｘ
１０−’モル／分で供給して１分間熱処理した。この
熱処理によりＡｌ２Ｎのバッファ層３０が約０．７μｓ
の厚さに形成された。１分経過した時にＴＭＡの供給を
停止して、サファイア基板２４の温度を７００℃に保持
し、第１反応ガス管２５からＨ３を２．５ｊ２／分、Ｎ
Ｈ，を１．５１１１分、ＴＭＧを１．？Ｘ １０−’％
ＪＩ／ ７分で６０分間供給し、膜厚綿７−のＮ型のＧ
ａＮから成るＮ層３１を形成した。次に、そのサファイ
ア基板２４を反応室２０から取り出し、ホトエツチング
及びスパッタリング等により膜厚１００人程度のＳｉＯ
＊膜３２をパターン形成した。その後、このサファイア
基板２４を洗浄後、再度、サセプタ２２に装着し、反応
室２０の圧力及び水銀灯４３の出力を前と同一の状態と
した。そして、前と同様に気相エツチングした後、サフ
ァイア基板２４の温度を７００℃に保持し、第１反応ガ
ス管２５からは、Ｈ２を２．５１７分、ＮＨｓを１．５
１７分、ＴＭＧを１．７Ｘ １０−’モル／分供給し、
第２反応ガス管２６からは、ＤＥＺを５８１０−’モル
／分で５分間供給して、■型のＧａＮから成る１層３３
を膜厚１．Ｏｕｍに形成した。この時、ＧａＨの露出し
ている部分は、単結晶のＩ型のＧａＮが成長し１層３３
が得られるが、Ｓ ｉ Ｏ＊ Ｊｌ！ ３２の上部には
多結晶のＧａＮから成る導電層３４が形成される。
その後、反応室２０からサファイア基板２４を取り出し
、１層３３と導電層３４の上にアルミニウム電極３５．
３６を蒸着し、サファイア基板２４を所定の大きさにカ
ッティングして発光ダイオードを形成した。この場合、
電極３５は１１１３３の電極となり、電極３６は導電層
３４と極めて薄い５ｉＯ２ＷＸ３２を介してＮ層３１の
電極となる。
そして、１層３３をＮ層３１に対し正電位とすることに
より、接合面から光が発光する。
また、ＡＡ×Ｇａ１−ＸＮ系の発光ダイオードを形成す
るには、Ｎ層３１と１層３３とを形成する場合に、第１
反応管２５からＴＭＡを所定割合で流せば良い。例えば
、水銀灯４３の出力を２００Ｗとして、第１反応ガス管
２５からサファイア基板２４の温度を８００℃に保持し
、Ｈ２を３１／分、ＮＨ，を２１／分、ＴＭＡを７．２
Ｘ１０−１モル７分、ＴＭＧを１．７Ｘ １０−’モル
／分で供給し、第２反応ガス管２６からＤＥＺを５Ｘ１
０−’モル／分で供給することより、Ｘ＝０．３のＩ型
のΔｊ！ＸＧａ１−ＸＮ系半導体薄膜が得られる。
また、第１図の装置の他、第４図に示す装置で気相成長
させることもできる。その装置において、５０は角型の
チャンバーであり、内部にサセプタ２２が配設されてお
り、その下部にはヒータ５２が配設されている。また、
サセプタ２２にはサファイア基板２４が載置されており
、その上方には、ガス導入管５１が導かれている。この
ガス導入管５１には、必要な反応ガスを混合したガスが
導かれる。また、チャンバー５０の上方には窓５４が設
けられており、その窓５４を介してエキシマレーザ発振
装置５３から放射されたレーザ光線がサファイア基板２
４の主面２４ａに垂直に照射されている。
このように、レーザ光線にエキシマレーザを用いても、
Ａｊ！×Ｇａ１−ｘＮ系化合物半導体の低温での結晶成
長を促進させることができ、結晶性の高い薄膜が得られ
る。The present invention will be described below based on specific examples. FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a vapor phase growth apparatus according to a specific embodiment of the present invention. In a reaction chamber 20 surrounded by a circular quartz reaction tube 21, a susceptor 22 is supported by an operating rod 23, and the position of the susceptor 22 is adjusted by the operating rod 23. Further, a sapphire substrate 24 is disposed on the main surface of the susceptor 22. Note that 8 is a high frequency coil for heating the sapphire substrate 24. Also, 43 has an output of 0.1 to 8Kl! , wavelength 1
This is a mercury lamp that emits ultraviolet light of 84.9 nm, and the emitted ultraviolet light is irradiated onto the main surface 24a of the sapphire substrate 24. On the other hand, on the gas inflow side of the reaction chamber 20, a first reaction gas pipe 25 and a second reaction gas pipe 26 are arranged. The first reaction gas pipe 25 is arranged concentrically with the second reaction gas pipe 26 inside the second reaction gas pipe 26 . The first reaction gas pipe 25 is connected to the first manifold 27, and the second reaction gas pipe 26 is connected to the 27th second hold 28. The 17th second hold 27 has an NHs supply system H.
and carrier gas supply system I and TMG supply system J (!
: is connected to the TMA supply system, and the second manifold 28 is connected to the carrier gas supply system I and the DEZ supply system. Further, an auxiliary tube 40 having a cylindrical shape and a semicircular arc cross section is disposed in the reaction chamber 20. As shown in FIG. 2, the auxiliary tube 40 has its bottom portions 40a and 40b in contact with the tube wall 21a of the quartz reaction tube 21, and is supported by the tube wall 21a. The auxiliary pipe 40 covers the upper part of the reaction chamber 20 in which the susceptor 22 is placed. Then, by removing the side plate 41 and sliding the auxiliary tube 40 on the tube wall 21a of the quartz reaction tube 21, it can be removed or installed in the reaction chamber 20. With this device configuration, a mixed gas of NH, TMG, TMA, and H7 flows into the reaction chamber 20 from the opening 25a of the first reaction gas pipe 25, and flows out from the opening 26a of the second reaction gas pipe 26. , a mixed gas of DEZ and H2 enters the reaction chamber 20.
leaks to. N type Aj! When forming a yGa+-xN thin film,
It is sufficient to let the mixed gas flow out only from the first reaction gas pipe 25, and when forming a ■-type AlxGa1-xN thin film, the mixed gas flows out from the first reaction gas pipe 25 and the second reaction gas pipe 26, respectively. All you have to do is let the mixed gas flow out. ■Type A 1 x
When forming a G a 1-11 N N film, the dopant gas DEZ is mixed with the reaction gas flowing out from the first reaction gas pipe 25 and the reaction chamber 2 near the sapphire substrate 24 .
It will be mixed for the first time at 0a. Then, DEZ is sprayed onto the sapphire substrate 24 and thermally decomposed, and the dopant element is doped into the growing AlxGa1-xN.
(2) type Al1xGa-xN is obtained. In this case, the first
Since the reaction gas and the dopant gas are separated by the reaction gas pipe 25 and the second reaction gas pipe 26 and guided to the reaction chamber 25a near the sapphire substrate 24, DEZ and TMG in the gas introduction pipe generated in the conventional device are Since the reaction with TMA is suppressed, good doping is achieved. When the reaction gas is blown onto the sapphire substrate 24, it is irradiated with ultraviolet rays, so the reaction is accelerated and good crystal growth can be obtained at a low temperature of 700 to 800°C. Incidentally, the inclination angle θ of the susceptor 22 with respect to the flow direction X of the reaction gas is set to 45 degrees. By tilting the susceptor 22 in this manner, better crystals were obtained than when the susceptor 22 was configured perpendicular to the gas flow. Further, it is desirable that the distance between the openings 25a, 26a and the sapphire substrate 24 be adjusted to 10 to 60M using the control rod 23. In addition, in the above embodiment, the first reaction tube and the second reaction tube are set so that the dopant gas is not mixed with other reaction gases.
It is introduced up to the vicinity of the sapphire substrate 24, and the ■ type A
The crystallinity of lxGa1-xN improves, but if this effect does not need to be produced, the dopant gas can be mixed with other reaction gases in a manifold in advance and introduced into the reaction chamber, as in conventional equipment. , the main surface 24a of the inclined sapphire substrate 24 may be sprayed. With such an apparatus, a high quality AlxGa1-xN thin film can be grown in a vapor phase. If soot adheres to the auxiliary tube 40, the next crystal growth can be performed immediately by removing the side plate 41, taking out the auxiliary tube 40 inside, and replacing it with another cleaned auxiliary tube. The A1χGap-xN obtained using this vapor phase growth apparatus was confirmed to exhibit better crystallinity than that grown using a conventional vapor phase growth apparatus, based on micrographs, X-ray rocking curves, and photoluminescence measurements. It was done. Next, a method for producing a light emitting diode having the configuration shown in FIG. 3 using this apparatus will be described. First, it was cleaned by organic cleaning and heat treatment (0001)
A single-crystal sapphire substrate 24 having a main surface is attached to the susceptor 22. Next, the pressure inside the reaction chamber 20 was set to 5 Torr.
The pressure was reduced to r, and the mercury lamp 43 was driven at 200 W. Thereafter, while flowing H2 into the reaction chamber 20 from the first reaction gas pipe 25 and the second reaction gas pipe 26 for 0.317 minutes, the temperature
The sapphire substrate 24 was subjected to vapor phase etching at 00°C. Next, the temperature is lowered to 900°C, and the first reaction gas pipe 25
From H3 at 31/min, NH3 at 21/min, TMA at 7X
Heat treatment was performed for 1 minute at a rate of 10-'mol/min. Through this heat treatment, the Al2N buffer layer 30 is heated for approximately 0.7 μs.
formed to a thickness of When 1 minute has elapsed, the supply of TMA is stopped, the temperature of the sapphire substrate 24 is maintained at 700°C, and H3 is supplied from the first reaction gas pipe 25 at 2.5j2/min, N
H, 1.5111 minutes, TMG 1. ? X 10-'%
JI/Supplied for 60 minutes at 7 minutes, N type G with a film thickness of 7-
An N layer 31 made of aN was formed. Next, the sapphire substrate 24 is taken out from the reaction chamber 20, and a SiO film with a thickness of about 100 mm is formed by photoetching, sputtering, etc.
*The film 32 was patterned. Thereafter, this sapphire substrate 24 was cleaned and mounted on the susceptor 22 again, and the pressure in the reaction chamber 20 and the output of the mercury lamp 43 were kept the same as before. After vapor phase etching in the same manner as before, the temperature of the sapphire substrate 24 was maintained at 700°C, and from the first reaction gas pipe 25, H2 was supplied for 2.517 minutes and NHs was supplied for 1.5 minutes.
17 min, feeding TMG at 1.7X 10-'mol/min;
DEZ is supplied from the second reaction gas pipe 26 at a rate of 5810-' mol/min for 5 minutes to form one layer 33 made of ■-type GaN.
The film thickness is 1. Formed in Oum. At this time, single-crystal I-type GaN grows in the exposed part of GaH, forming a single layer 33.
is obtained, but S i O* Jl! A conductive layer 34 made of polycrystalline GaN is formed on top of the conductive layer 32 . After that, the sapphire substrate 24 is taken out from the reaction chamber 20, and an aluminum electrode 35 is placed on the first layer 33 and the conductive layer 34.
36 was vapor-deposited, and the sapphire substrate 24 was cut into a predetermined size to form a light emitting diode. in this case,
The electrode 35 becomes the electrode of 11133, and the electrode 36 becomes the electrode of the N layer 31 via the conductive layer 34 and extremely thin 5iO2WX32. Then, by setting the first layer 33 at a positive potential with respect to the N layer 31, light is emitted from the bonded surface. In addition, in order to form an AA×Ga1-XN light emitting diode, when forming the N layer 31 and the first layer 33, the first
TMA may be flowed from the reaction tube 25 at a predetermined ratio. For example, the output of the mercury lamp 43 is 200 W, the temperature of the sapphire substrate 24 from the first reaction gas tube 25 is maintained at 800° C., H2 is 31/min, NH is 21/min, and TMA is 7.2/min.
X10-1 mol/min, TMG was supplied at 1.7X 10-' mol/min, and DEZ was supplied from the second reaction gas pipe 26 at 5X1 mol/min.
By feeding at a rate of 0-' mol/min, Δj of type I with X=0.3! An XGa1-XN semiconductor thin film is obtained. Further, in addition to the apparatus shown in FIG. 1, vapor phase growth can also be performed using an apparatus shown in FIG. In this device, 50 is a rectangular chamber in which a susceptor 22 is disposed, and a heater 52 is disposed at the bottom thereof. Also,
A sapphire substrate 24 is placed on the susceptor 22, and a gas introduction pipe 51 is led above it. A gas mixed with necessary reaction gases is introduced into this gas introduction pipe 51. Further, a window 54 is provided above the chamber 50, and the laser beam emitted from the excimer laser oscillation device 53 passes through the window 54 to the sapphire substrate 2.
The main surface 24a of No. 4 is irradiated perpendicularly to the main surface 24a. In this way, even if an excimer laser is used as the laser beam,
Aj! The crystal growth of the xGa1-xN compound semiconductor at low temperatures can be promoted, and a thin film with high crystallinity can be obtained.
本発明はサファイア基板を加熱し、紫外線又はレーザ光
線をサファイア基板に照射し、反応ガスをサファイア基
板に導いてそのサファイア基板に窒化ガリウム系化合物
半導体薄膜を成長させているので、成長温度を低温にす
ることができ、得られた薄膜の結晶性が向上する。The present invention heats the sapphire substrate, irradiates the sapphire substrate with ultraviolet rays or laser beams, and guides the reaction gas to the sapphire substrate to grow a gallium nitride compound semiconductor thin film on the sapphire substrate, so the growth temperature can be lowered. The crystallinity of the obtained thin film is improved.
第１図は本発明の具体的な一実施例に係る気相成長方法
を実施するための装置の構成を示した構成図。第２図は
その装置の反応室の断面図。第３図はその装置で製造さ
れる発光ダイオードの構成を示した構成図。第４図は他
の気相成長装置の構成を示した構成図。第５図は従来の
気相成長装置の構成を示した構成図である。
７・・・・石英反応管 ８・・−高周波コイル ９−・
サセプタ １０・・・・サファイア基板 ２０・・・・
反応室 ２１−・−石英反応管 ２２・・・・サセプタ
２３°・°制御棒２４・−・・サファイア基板 ２５
゛“・第１反応ガス管２６・・・・第２反応ガス管 ２
７・−・°第１マニホールド ２８・・・・第２マニホ
ールド ３０・・・バッファ層３１−−Ｎ円 ３２−３
ｉ Ｏ□膜 ３３゛−Ｉ層３４−・・−導電層 ３５
．３６・・電極 ４０・・°補助管４２・−・側板 ４
３−・水銀灯 ５０・・・・チャンバー５１・・・ガス
導入管 ５２・・・ヒータ ５３・・・エキシマレーザ
発振装置 ５４−窓 Ｈ・−・ＮＨ３の供給系統 ■−
・・キャリアガスの供給系統 Ｊ・・・ＴＭＧの供給系
統 Ｋ−・−ＴＭＡの供給系統 Ｌパ・ＤＥＺの供給系
統FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of an apparatus for carrying out a vapor phase growth method according to a specific embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the reaction chamber of the device. FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of a light emitting diode manufactured by the device. FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of another vapor phase growth apparatus. FIG. 5 is a block diagram showing the structure of a conventional vapor phase growth apparatus. 7...Quartz reaction tube 8...-High frequency coil 9-...
Susceptor 10...Sapphire substrate 20...
Reaction chamber 21--Quartz reaction tube 22--Susceptor 23°/° control rod 24--Sapphire substrate 25
゛"・First reaction gas pipe 26...Second reaction gas pipe 2
7...°First manifold 28...Second manifold 30...Buffer layer 31--N circle 32-3
i O□ film 33'-I layer 34--conductive layer 35
．． 36...Electrode 40...°Auxiliary pipe 42...Side plate 4
3-Mercury lamp 50...Chamber 51...Gas introduction pipe 52...Heater 53...Excimer laser oscillator 54-Window H...NH3 supply system ■-
...Carrier gas supply system J...TMG supply system K--TMA supply system L PA DEZ supply system
Claims (2)
窒化ガリウム系化合物半導体薄膜（Ａｌ＿×Ｇａ＿１＿
−＿ｘＮ；Ｘ＝０を含む）を気相成長させる方法におい
て、 前記サファイア基板を加熱し、紫外線又はレーザ光線を
前記サファイア基板に照射し、反応ガスを前記サファイ
ア基板に導いてそのサファイア基板に窒化ガリウム系化
合物半導体薄膜を成長させることを特徴とする窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長方法。(1) A gallium nitride compound semiconductor thin film (Al_×Ga_1_
-_xN; including A method for vapor phase growth of a gallium nitride compound semiconductor, characterized by growing a gallium compound semiconductor thin film.
物ガス、ＮＨ＿３及びＨ＿２が少なくとも存在する雰囲
気中で、ＡｌＮの単結晶が成長する温度より低い温度で
短時間熱処理され、その後、そのサファイア基板上に窒
化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘ
Ｎ；Ｘ＝０を含む）薄膜を気相成長させることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の窒化ガリウム系化合物
半導体の気相成長方法。(2) The sapphire substrate is heat-treated for a short time at a temperature lower than the temperature at which a single crystal of AlN grows in an atmosphere containing at least an organometallic compound gas containing Al, NH_3 and H_2, and then the sapphire substrate is gallium nitride-based compound semiconductor (Al_xGa_1_-_x
2. A method for vapor phase growth of a gallium nitride compound semiconductor according to claim 1, characterized in that a thin film (N; X=0) is grown in a vapor phase.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0878728A (en) * | 1994-08-22 | 1996-03-22 | Korea Res Inst Of Chem Technol | Growth of heteroepitaxial blue light-emitting gallium nitride |
| JP2002542142A (en) * | 1999-04-16 | 2002-12-10 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | Composite gas introduction system and method |
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60173829A (en) * | 1984-02-14 | 1985-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Growing method of compound semiconductor thin-film |
| JPS6191977A (en) * | 1984-10-09 | 1986-05-10 | ハネウエル・インコーポレーテッド | Solid-state ultraviolet detector and its manufacturing method |
| JPS61224386A (en) * | 1985-03-28 | 1986-10-06 | Rikagaku Kenkyusho | semiconductor element |
| JPS61255015A (en) * | 1985-05-07 | 1986-11-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Thin film forming method |
| JPS62261188A (en) * | 1986-05-08 | 1987-11-13 | Seiko Epson Corp | Semiconductor laser and manufacture thereof |
-
1987
- 1987-01-31 JP JP2111987A patent/JP2631285B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60173829A (en) * | 1984-02-14 | 1985-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Growing method of compound semiconductor thin-film |
| JPS6191977A (en) * | 1984-10-09 | 1986-05-10 | ハネウエル・インコーポレーテッド | Solid-state ultraviolet detector and its manufacturing method |
| JPS61224386A (en) * | 1985-03-28 | 1986-10-06 | Rikagaku Kenkyusho | semiconductor element |
| JPS61255015A (en) * | 1985-05-07 | 1986-11-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Thin film forming method |
| JPS62261188A (en) * | 1986-05-08 | 1987-11-13 | Seiko Epson Corp | Semiconductor laser and manufacture thereof |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0878728A (en) * | 1994-08-22 | 1996-03-22 | Korea Res Inst Of Chem Technol | Growth of heteroepitaxial blue light-emitting gallium nitride |
| JP2002542142A (en) * | 1999-04-16 | 2002-12-10 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | Composite gas introduction system and method |
| JP4818515B2 (en) * | 1999-04-16 | 2011-11-16 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | Method for delivering reagent gas to a substrate |
| JP2002544109A (en) * | 1999-05-07 | 2002-12-24 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | Truncated susceptor for vapor deposition |
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| Publication number | Publication date |
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